5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)布局及應(yīng)用

孔珍

目前，5G已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的部分，賦能各行業(yè)領(lǐng)域。5G面臨的是滿足不同用戶的個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)多場景的實(shí)際應(yīng)用。這就對(duì)5G核心網(wǎng)的編排架構(gòu)與管理提出了更高的功能和性能要求。本文基于微服務(wù)的方式，對(duì)5G核心網(wǎng)提出了新的編排架構(gòu)和管理方式，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶個(gè)性化對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的延展應(yīng)用，同時(shí)具備較好的容災(zāi)能力，有效提高5G核心網(wǎng)的利用率。

5G核心網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)包括兩個(gè)方面：一是應(yīng)用面；二是管理與編排面。5G核心網(wǎng)應(yīng)用面包括了網(wǎng)絡(luò)占用資源，以及基礎(chǔ)層、虛擬層和服務(wù)層。5G核心網(wǎng)的管理與編排實(shí)現(xiàn)了5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層到資源層的管理與編排。5G核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

（一）服務(wù)層

5G核心網(wǎng)的服務(wù)層在3GPP標(biāo)準(zhǔn)下包括了所有網(wǎng)絡(luò)功能。不同的網(wǎng)絡(luò)功能在不同的虛擬技術(shù)支撐下，可以在虛擬機(jī)和容器中實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)功能都可以通過5G核心網(wǎng)的網(wǎng)元接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對(duì)于特殊的網(wǎng)絡(luò)功能可以通過開放式N4接口與會(huì)話管理的通信。同時(shí)，由于5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)完全地址化，因此，無論是基于虛擬機(jī)還是容器的方案，都能夠支撐各個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能之間的數(shù)據(jù)通信。置于服務(wù)層的網(wǎng)絡(luò)功能也可以采取調(diào)用接口（API）暴露的方式，支持第三方對(duì)5G核心網(wǎng)的內(nèi)部功能服務(wù)進(jìn)行調(diào)用。

（二）虛擬層

5 G核心網(wǎng)的虛擬層采用虛擬機(jī)監(jiān)視器（Hypervisor）實(shí)現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)底層數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)，其原理是將虛擬機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)功能的載體，可以采用Virtual PC等虛擬機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。還可以在虛擬層采用容器運(yùn)行時(shí)（Container Runtime）的虛擬化方式，例如Docker 容器技術(shù)等，再綜合判斷5G核心網(wǎng)虛擬機(jī)操作的便捷性和安全性，兩者的結(jié)合使用有可能造成網(wǎng)絡(luò)資源利用率下降的問題。

（三）基礎(chǔ)層

包括了對(duì)5G核心網(wǎng)基于虛擬化技術(shù)（NFV）支持下，全部網(wǎng)絡(luò)資源、數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)的集合。5G核心網(wǎng)在NFV結(jié)構(gòu)下，通常配置為x86通用服務(wù)器。由中央計(jì)算單元支撐數(shù)據(jù)計(jì)算；內(nèi)存單元、硬盤驅(qū)動(dòng)器和固態(tài)硬盤支撐數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)帶寬作為網(wǎng)絡(luò)資源。

本文參考了基于虛擬化技術(shù)（NFV）和基于微服務(wù)的管理與編排（MANO），重構(gòu)了5G核心網(wǎng)的架構(gòu)，其管理與編排結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 G核心網(wǎng)微服務(wù)架構(gòu)模式采用應(yīng)用層協(xié)議（RESTful HTTP）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)據(jù)通信，每一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)功能都建立了屬于自己的數(shù)據(jù)庫，不同的網(wǎng)絡(luò)功能之間相互獨(dú)立，不會(huì)存在干擾問題，通過數(shù)據(jù)通信和調(diào)用完成5G核心網(wǎng)的管理與編排任務(wù)。API網(wǎng)關(guān)提供了良好的Web操作界面，而且是5G核心網(wǎng)微服務(wù)管理與編排數(shù)據(jù)集中的出入口，對(duì)雙向的數(shù)據(jù)通信請(qǐng)求進(jìn)行集中匯聚，用戶通過界面操作完成基于微服務(wù)的管理與編排流程。

（一）5G核心網(wǎng)管理與編排

5G核心網(wǎng)基于微服務(wù)的管理與編排流程主要包括五個(gè)方面，涵蓋了5G核心網(wǎng)整個(gè)生命周期，分別是創(chuàng)建、實(shí)例化、擴(kuò)縮容、終止和刪除。5G核心網(wǎng)實(shí)例創(chuàng)建成功之前，數(shù)據(jù)信息沒有被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫表中，其狀態(tài)為空（NULL）。在對(duì)5G核心網(wǎng)進(jìn)行管理與編排操作時(shí)，大部分操作都會(huì)觸發(fā)5G核心網(wǎng)實(shí)例狀態(tài)發(fā)生改變，只有在進(jìn)行擴(kuò)縮容操作時(shí)，其實(shí)例狀態(tài)才不會(huì)發(fā)生改變。

（二）5G核心網(wǎng)實(shí)例創(chuàng)建

NSD是來自于虛擬化技術(shù)中的概念，一個(gè)NSD包含了實(shí)例化一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需要的全部信息。因此，在創(chuàng)建5G核心網(wǎng)實(shí)例之前，需要?jiǎng)?chuàng)建并存儲(chǔ)NSD，流程如下。

運(yùn)營商根據(jù)客戶應(yīng)用場景的實(shí)際需求，將5G核心網(wǎng)實(shí)例的所有性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換為應(yīng)用部署方案，對(duì)NSD進(jìn)行調(diào)用，以此創(chuàng)建描述符，最終集中匯聚NSD。描述符的參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，待全部創(chuàng)建完成再進(jìn)行NSD發(fā)布。

運(yùn)營商通過調(diào)用鏡像管理的創(chuàng)建接口，按照5G核心網(wǎng)的要求，向網(wǎng)絡(luò)私有倉發(fā)送5G核心網(wǎng)的鏡像數(shù)據(jù)。

運(yùn)營商必須獲得全部NSD之后，才能創(chuàng)建新的5G核心網(wǎng)實(shí)例。

運(yùn)營商將NSD的ID作為 HTTP POST 請(qǐng)求體，在選取完要?jiǎng)?chuàng)建的5G核心網(wǎng)實(shí)例后，向編排功能發(fā)送創(chuàng)建實(shí)例請(qǐng)求。

編排管理根據(jù)NSD的ID，在收到創(chuàng)建核心網(wǎng)實(shí)例請(qǐng)求后，對(duì)查詢接口進(jìn)行調(diào)用，最終獲得完整的NSD對(duì)象。

編排在數(shù)據(jù)庫表中創(chuàng)建核心網(wǎng)實(shí)例的信息，根據(jù)NSD對(duì)象信息依次創(chuàng)建所有核心網(wǎng)實(shí)例，將全部核心網(wǎng)實(shí)例狀態(tài)都設(shè)置為NOT_INSTANTIATED。

當(dāng)響應(yīng)了編排核心網(wǎng)實(shí)例創(chuàng)建成功時(shí)，并沒有完全實(shí)例化，不會(huì)占用任何網(wǎng)絡(luò)資源。

本文提出了基于微服務(wù)的5G核心網(wǎng)管理與編排架構(gòu)，重點(diǎn)對(duì)管理與編排流程和網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行了詳細(xì)的研究與設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了5G核心網(wǎng)管理與編排流程以及網(wǎng)絡(luò)功能之間的調(diào)用?；谖⒎?wù)化的5G核心網(wǎng)管理與編排架構(gòu)具備良好的可行性，且其在性價(jià)比、資源利用率以及容災(zāi)功能上有著顯著成績。

作者單位：中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司